무릎의 안정성을 위한 우리 몸의 생김새

무릎의 안정성을 위한 근육에는 어떠한 것이 있을까?

 

목차

1. 장딴지근은 앞십자인대의 길항근입니다.
2. 앞 십자인대
3. 논문의 실험 과정
4. 논문의 결과

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오늘은 앞 십자인대에 장딴지근육의 어떠한 형식으로 작용하는가? 에 대해 알아보고자 한다.

장딴지근은 앞십자인대의 길항근입니다.

먼저 길항근이 무어냐 하는 것을 알아볼 필요성이 있어 가져왔다.

길항근이란 대항근이라고도 불리며, 어떤 한 근육의 작용과 반대되는 작용을 하는 근육을 이야기한다. 하나의 특정한 근육만을 가리키는 말이 아니고, 작용하는 한 근육이 있으면 그에 반해서 사용되는 대항근이 상대적으로 정하여진다.

길항근은 하나의 근육이 할 수 없는 작용을 대신한다. 말이 좀 어려울 수 있는데 근육은 보통 수축하여 작용된다는 사실을 다들 알고 있을 것이다. 특정 근육이 수축하여 그에 해당하는 특정한 관절을 구부리는데 이렇게 사용되는 근육은 해당 관절을 폄 시키는데 수축을 동원하여 사용되기 어렵다. 이럴 때 해당 관절을 굽히는 굽힘근이 할 수 없는 작용을 반대되는 길항근인 폄근이 작용을 한다.

또한 스포츠 상황에서도 자주 나타나는데, 가령 기분적인 달리기나 또는 점프하는 순간 및 착지하는 과정에서 우리의 몸은 중력에 노출되어 중력의 힘 만큼을 반작용을 통하여 몸으로 받아치게 된다. 이 때 관절의 동작을 감속시켜 충격을 흡수시키는 등 여러가지 조절작용을 하는데에 도움을 줄 수 있는데, 이 또한 길항근의 역할이다.

엉덩허리근은 엉덩관절에서 메인으로 작용하는 굽힘근육인데, 이는 엉덩관절이 정상 가동범위를 벗어나 폄되는 것을 넘어서 과도한 젖힘이 나타나는 것을 근육 고유의 텐션으로 방지하고, 관절부를 몸에 고정시켜 사람이 서 있을때에는 중력에 대항하는 항중력근으로서 서 있는 자세를 유지하는데에 기여할 수 있다. 사실 항중력근이라 함은 큰 볼기근(대둔근)과 같은 큰 근육을 보통 이야기하지만 중력에 대항해서 활성화 되는 모든 근육들 또한 항중력근으로 보는 시각도 있다는 점 유념하길 바란다.

그렇다면 해당 연구에서 장딴지근이 어떻게 앞십자인대의 길항근으로서 작용하는지에 대해 알아보자.

 

앞 십자인대

앞 십자인대(ACL)는 넙다리뼈에서 정강뼈까지 이어지는 치밀한 결합조직의 밴드로 설명된다. 조직을 구성하는 요소는 I형(90%) 및 III형 콜라겐이 있으며, 여러 사체연구에서 설명하는 표본적인 ACL의 길이는 27~38mm이고 너비는 10~12mm, 단면적은 약 44 mm로 생각보다 자그마한 편이며 보통 모래시계 모양이나 나비넥타이 모양으로 보여 살짝 꼬여있음을 확인할 수 있다. 교과서적인 내용으로 ACL은 무릎관절의 핵심 안정자로서 작용되며, 넙다리뼈에 대한 정강뼈의 전방 이동이나 내부 회전 하중 및 밖굽이 힘에도 저항을 해주는 중요한 요소이다.

ACL은 대표적으로 앞안쪽 뒤가쪽 다발의 두 가지 다발로만 설명되어져 왔는데, 최근 연구에 따르면 ACL에는 작은 앞안쪽 다발과 중간다발, 큰 뒤가쪽 다발의 세 가지 구성요소로 있다는 것을 보고하고있다.

앞안쪽 다발은 무릎의 굽힘 시에 넙다리뼈 삽입 부위가 전방으로 이동하고 두 다발이 교차되게 되며 더 단단하게 저항하고, 뒤가쪽 다발은 무릎의 폄 시에 저항하며, 무릎 폄 시 두 다발은 병렬구조로 위치하게 된다.

 

논문의 실험 과정

논문의 실험과정은 다음과 같다.

정상 ACL을 가진 6명의 피험자를 대상으로 척수마취 후 실험이 진행되었다.

-> ACL의 전내측 다발의 변위는 차동 가변 자기 저항 변환기(DVRT: Micro Strain, Burlington VT)를 사용하여 측정하였다(ACL의 전내측 밴드에 관절경으로 적용할 수 있는 작고 고순응성 변환기).

-> 로드셀을 사용하여 Q-m,HS,GCM의 수축으로 인해 발에 발생하는 하중 측정하고, T-bar hinge로 Knee15‘ flexion,Ankle 각도 조정하였다.

-> 전기 근육 자극(TEMS) 장치를 사용하여 Q-m,HS,GCM의 isometric 수축을 생성하였다.

-> 이완된 상태에서 시작하여 비복근 또는 대퇴사두근을 자극하고(0.5초 경사로 및 ​​0.5초 유지 사용) 다른 근육을 자극하였다(0.5초 경사로 및 ​​0.5초 유지).

-> 무릎 및 발목 굴곡 각도의 함수로서 비복근의 단독 수축에 의해 생성된 ACL 변형 값 측정하였다.

 

논문의 결과

Cocontraction knee 5°15° 30° 45°, Ankle 15°DF neutral 20°plantar

knee 15° flex에서 GCM의 단독 수축은 이완된 상태에 비해 ACL 변형 값을 증가시켰다. 

수축된 근육에 대한 ACL 변형 값은 30° 또는 45° 에 비해 무릎이 5° 및 15°  굴곡되었을 때 유의하게 더 컸다.

Q-m과 GCM의 동시 수축은 훨씬 더 큰 ACL 변형 값을 생성하였다. HS과 GCM의 동시 수축은 HS의 단독 수축에 비해 ACL 변형률 값을 증가시킨다.

장딴지근이 굽힘-폄 동작 범위에 걸쳐 정강뼈를 앞쪽으로 밀 수 있다고 가정했다. 그러나 장딴지근의 작용선은 넙다리뼈에 삽입되어 무릎이 굽힘됨에 따라 정강뼈에 대해 후방으로 움직입니다. 따라서 무릎이 거의 폄될 때 ACL에서 생성된 긴장이 더 클 것이라는 것이 합리적이다.